Файл: Основы автоматического управления..pdf

372 ГЛ. 9. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

определяется формулой

где магнитные потоки управляющей обмотки Фу и постоянного магнита Ф1? Ф2 соответственно равны

(без учета воздушного зазора), по которому проходит поток управ­ ляющей обмотки, R p — сопротивление магнитопровода (без учета воздушного зазора), по которому проходит поток постоянного магнита, S — площадь сече­ ния магнитного потока в воздушном зазоре.

Формулы (9.7.8) и (9.7.9) определяют зависимость силы, действующей на якорь поляризованного реле, от его переме­ щения X и тока і в управляющей обмотке, т. е. тяговую характеристику поляри­ зованного реле. Обычно силу F выра­ жают как функцию относительного пере­ мещения якоря А=л:/хо И относительных

ампер-витков управляющей обмотки £ = (iw)/(iw)0. Типовые тяговые характеристики поляризованного реле приведены на рис. 9.7.9. Из рис. 9.7.9 видно, что нейтральное положение якоря неустойчиво даже при £ = 0. Чем больше якорь отклоняется от нейтрального положения, тем больше отклоняющая его сила. Поэтому при снятии управляющего напряжения, т. е. когда £ становится равным нулю, якорь остается в том из двух крайних положений, в котором фн находился до снятия управляющего напряжения. Вследствие этого такое поляризованное реле является

двухпозиционным.

Для вычисления контактного давления в поляризованном

х к, при котором происходит замыкание одного из контактов. Для вычисления тока срабатывания іср, т. е. такого значения тока, при котором сила, прижимающая якорь к контакту, переходит через нуль и начинается движение якоря, достаточно положить в формулах (9.7.8) и (9.7.9) х — х к, F = 0, і = іср и решить полу­

ченное уравнение относительно 1ср. После определения іср можно найти и минимальное значение ud абсолютной величины входного напряжения ивх, при котором начинается переброска якоря из одного положения в другое.

Так же как в случае простейшего реле, временем срабатыва­ ния реле и переброски якоря из одного положения в другое часто

Увш

Ußö/x

Рис. 9.7.10. Рис. 9.7.11.

можно пренебрегать. В этом случае двухпозиционное поляризо­

нейного звена с характеристикой, изображенной на рис. 9.7.10, н.тц идеализированной характеристикой, изображенной на рис. 9.7.11.

Для создания трехпозиционного реле с устойчивым средним положением якоря при отсутствии управляющего тока можно укрепить якорь на пластинчатой пружине. Выбирая необходи­ мую жесткость пружины, можно получить суммарную тяговую характеристику реле с отрицательной крутизной и тем самым обе­

374 Г Л . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А В ТО М А ТИ Ч ЕС К И Х СИСТЕМ

зиционного поляризованного реле. Эти тяговые характеристики получаются добавлением в правой части формулы (9.7.8) усилия пружины, равного — сх, где с — жесткость пружины. Вычисле­ ние тока срабатывания и контактного давления для трехпозицион­ ного реле производится совершенно так же, как для двухпози­ ционного.

Если пренебречь временами срабатывания реле и переброски

. якоря, то трехпозиционное реле можно рассматривать как безынер­ ционное нелинейное звено, характеристика которого приведена на рис. 9.7.13. Если не учитывать разницу в токах срабатывания и отпускания реле, то эта характеристика заменяется идеализи­ рованной однозначной характеристикой, изображенной на

Рис. 9.7.14.

рис. 9.7.14. Наконец, неучет мертвой зоны (пороговой чувстви­ тельности реле) приводит к идеальной релейной характеристике, изображенной на рис. 9.7.11. Для приближенного учета времени срабатывания трехпозиционного реле можно считать его последо­ вательным соединением идеального запаздывающего звена с дан­ ным временем запаздывания т и звена с релейной характеристикой типа рис. 9.7.13 или рис. 9.7.14, или рис. 9.7.11.

Электромагнитные реле получили очень широкое распростра­ нение в системах управления. Они применяются в системах связи (телефон, телеграф), сигнализации и блокировки, в вычислитель­ ной технике и во многих других устройствах. Широкое распро­ странение реле обусловлено рядом их положительных качеств: простотой устройства, небольшими габаритами, большим усилением по мощности и быстродействием. Некоторые основные характери­ стики современных реле приведены в таблице 9.7.1.

Недостатком электромагнитных реле является наличие подвижного якоря и контактов, которые могут служить причиной отказов. Поэтому с точки зрения надежности целесообразнее птржмепять^бесконтактные реле. В настоящее время широко при­ меняются бесконтактные магнитные реле.

Электромагнитное

Для выяснения принципа устройства бесконтактного маг­ нитного реле рассмотрим магнитный усилитель с положительной обратной связью. Характеристика магнитного усилителя, собран­ ного по дифференциальной схеме (рис. 9.3.7), имеет линейный участок и участки насыщения, обусловленные конечной мощно­ стью выходного сигнала. Эта характеристика может быть прибли­ женно представлена как нелинейность типа ограничения. Обо­ значим через к крутизну среднего линейного участка характери­ стики усилителя. Если замкнуть усилитель положительной обрат­ ной связью с коэффициентом усиления ß, то входным сигналом усилителя будет / вх + ß/цыхЕсли этот сигнал по абсолютной величине меньше / т ах/&> то входной и выходной сигналы усили­ теля связаны соотношением

Эта формула показывает, что введение обратной связи позволяет изменять наклон средней линейной части характеристики усили­ теля. Части характеристики, соответствующие ограничению выходного сигнала, при этом не изменяются, так как выходной сиг­ нал усилителя не может быть по абсолютной величине больше / тах. При ß = 1Ik линейный участок (9.7.11) становится вертикальным и характеристика усилителя принимает вид идеальной релейной характеристики, изображенной на рис. 9.7.11. Однако для реальных усилителей обычно приходится устанавливать значение ß = 1,05/â;4- 1,10/к. Из формулы (9.7.11) следует, что при ß > і/к наклон характеристики усилителя становится отрицательным и она становится петлеобразной, т. е. гистерезисной (рис. 9.7.15). Действительная характеристика магнитного усилителя, работаю­ щего в релейном режиме, вследствие плавности перехода из насы­ щенного состояния в ненасыщенное и обратно, отклоняется от рассмотренной идеальной характеристики и имеет вид сглажен­ ной релейной характеристики (пунктирная кривая на рис. 9.7.15).

376 ГЛ . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А ВТО М А ТИ ЧЕСК И Х СИСТЕМ

Мы показали, как можно получить бесконтактное поляризо­ ванное реле путем ввода в дифференциальный магнитный усили­ тель положительной обратной связи. Совершенно так же можно получить нейтральное бесконтактное реле путем замыкания поло­ жительной обратной связью простейшего магнитного усилителя,

рассмотренного в § 9.3. Из рис. 9.3.6, по­

этому принципиально каждый усилитель можно превратить в бес­ контактное реле путем введения положительной обратной связи с соответствующим коэффициентом усиления. Однако практически в таком режиме можно использовать лишь магнитный усилитель, ввиду большой стабильности его ха­

ности достигает значений 0,93; 0,97; 0,98 соответственно. Высо­ кий коэффициент прямоугольности характерен и для некоторых марок ферритов — неметаллических соединений окислов железа, никеля, цинка, марганца и других металлов. На рис. 9.7.16